吳涇地區(qū)揮發(fā)性有機(jī)物與空氣質(zhì)量相關(guān)性的分析

杜慶璋

（上海市閔行區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，上海 201199）

揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Compounds，VOCs）， 會(huì)在常溫下，以氣態(tài)分子的形態(tài)存在于空氣之中，其特點(diǎn)是濃度低、活性強(qiáng)、危害大。揮發(fā)性有機(jī)物按化學(xué)結(jié)構(gòu)可以分為：烴類、酮類、酯類、醇類、醛類、胺類、腈類等。VOCs 不僅本身具有較強(qiáng)毒性和致癌性，同時(shí)還是大氣污染物PM2.5 和臭氧的重要前體污染物[1]。隨著我國(guó)城市和工業(yè)的快速發(fā)展，VOCs 對(duì)于空氣質(zhì)量的影響也越來(lái)越 明顯。

雖然現(xiàn)在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于VOCs 的檢測(cè)主要還是使用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS），但隨著科技的發(fā)展，在線VOCs 監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)使用，并能夠?qū)崟r(shí)提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般包括如下幾個(gè)模塊：采樣和傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)等。這里使用的是閔行區(qū)吳涇在線環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)的在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)設(shè)備是氣相色譜儀GC955-615 和GC955-815，配備的檢測(cè)器為光離子化檢測(cè)器（Photo Ionization Detector，PID）和氫火焰離子化檢測(cè)儀（Flame Ionization Detector，F(xiàn)ID），它們能夠在線監(jiān)測(cè)63 種有機(jī)物的濃度，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

1 各類揮發(fā)性有機(jī)物的占比

本研究采集了2019年吳涇在線監(jiān)測(cè)站一個(gè)月的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在線數(shù)據(jù)采集頻率為每小時(shí)一次，理論可監(jiān)測(cè)的揮發(fā)性有機(jī)物共63種，實(shí)際監(jiān)測(cè)的物質(zhì)為43種，如圖1所示。在實(shí)際監(jiān)測(cè)的43 種物質(zhì)中，丙烷的當(dāng)月總排放濃度為6 829.51 μg/m3，日均排放濃度為220.31 μg/m3，占43 種監(jiān)測(cè)有機(jī)物的19%；乙烷位居第二，日均濃度為188.51 μg/m3，占比17%；甲烷排在第三，占比為10%。而以正庚烷和鄰-二甲苯為代表的其余28種有機(jī)物只占到總揮發(fā)性有機(jī)物排放量的2%左右。

圖1 揮發(fā)性有機(jī)物的各物質(zhì)占比

2 不同類型的揮發(fā)性有機(jī)物貢獻(xiàn)情況

VOCs 的來(lái)源主要有機(jī)動(dòng)車尾氣、油氣揮發(fā)、黏結(jié)劑、溶劑以及植物排放[2]。結(jié)合當(dāng)月閔行區(qū)AQI 指數(shù)分析，如圖2所示，烷烴、烯烴和芳香烴三種類型的揮發(fā)性有機(jī)物中，烷烴類含量占比最高，占比超過(guò)每天揮發(fā)性有機(jī)物總排放濃度的50%。一方面可能是因?yàn)閰菦艿貐^(qū)是上海的工業(yè)園區(qū)，工業(yè)生產(chǎn)所排放的污染物中烷烴物質(zhì)含量較高，另一方面則有可能是因?yàn)楫愇焱椤?-甲基戊烷和3-甲基戊烷等烷烴物質(zhì)是機(jī)動(dòng)車尾氣中的標(biāo)志性物質(zhì)。有研究表明，汽車尾氣是大氣中苯系物的主要來(lái)源[2]。從圖2也能發(fā)現(xiàn)，芳香烴含量也相對(duì)較高，計(jì)算當(dāng)月31 天苯和甲苯的比值，得出最后的均值為：0.61（B/T 值＞0.5），也可以證明機(jī)動(dòng)車尾氣是吳涇地區(qū)的主要VOCs排放來(lái)源。圖2中，AQI指數(shù)趨勢(shì)與VOCs排放量的趨勢(shì)基本吻合，說(shuō)明VOCs 濃度和AQI 指數(shù)有一定的相關(guān)性。

圖2 三種類型VOCs 濃度和AQI 指數(shù)的關(guān)系

3 揮發(fā)性有機(jī)物與空氣指標(biāo)的相關(guān)性

為了更好地研究VOCs 與環(huán)境空氣質(zhì)量的相關(guān)性，使用工業(yè)區(qū)自動(dòng)站每天二十四小時(shí)采集的數(shù)據(jù)（PM10、PM2.5、SO2、NO2和O3），與VOCs 總 排放濃度共31 天744 組數(shù)據(jù)逐一計(jì)算，通過(guò)皮爾森（Pearson）相關(guān)系數(shù)模型計(jì)算其相互之間的潛在關(guān)聯(lián)，各物質(zhì)與VOCs 總量的相關(guān)系數(shù)如表1所示。

由表1中的各物質(zhì)與揮發(fā)性有機(jī)物的相關(guān)系數(shù)可以看出，與VOCs 相關(guān)系數(shù)最高的是CO，其次是PM2.5，兩種物質(zhì)在90%置信區(qū)間內(nèi)與VOCs 之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.676 和0.612，根據(jù)皮爾森相關(guān)系數(shù)強(qiáng)度，屬于強(qiáng)相關(guān)；PM10 和NO2與VOCs 的相關(guān)系數(shù)都在0.4 ～0.6，屬于中等相關(guān)；SO2與VOCs 的相關(guān)系數(shù)小于0.2，屬于不相關(guān)；而O3和VOCs 屬于中等負(fù)相關(guān)。

其中，CO 的主要來(lái)源是石油原料燃燒和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放，它與揮發(fā)性有機(jī)物強(qiáng)相關(guān)，說(shuō)明不管是工廠還是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒過(guò)程中都會(huì)向大氣中排放CO 和揮發(fā)性有機(jī)物，所以兩者呈強(qiáng)相關(guān)性。

PM2.5 與VOCs 兩者強(qiáng)相關(guān)，PM10 與VOCs 兩者中等強(qiáng)相關(guān)。因?yàn)閾]發(fā)性有機(jī)物在空氣中會(huì)形成固體或者液體氣溶膠分散于大氣中，所以VOCs 的濃度與兩者之間也有緊密的聯(lián)系。

最后，O3與NO2分別與揮發(fā)性有機(jī)物呈中等負(fù)相關(guān)和正相關(guān)。從圖3的月趨勢(shì)圖能夠清晰看出，當(dāng)VOCs 濃度處于峰值時(shí)，O3的濃度都是低谷，相反也是同樣的情況；而VOCs 與NO2的濃度趨勢(shì)基本相似，說(shuō)明揮發(fā)性有機(jī)物在光化學(xué)反應(yīng)下與氮氧化物生成O3，當(dāng)它們反應(yīng)后，兩者的濃度就會(huì)相應(yīng)變低，O3的濃度則會(huì)升高。

表1 VOCs 與環(huán)境空氣指標(biāo)（SO2、NO2、O3 、CO、PM10 和PM2.5）間的相關(guān)性

圖3 二氧化氮、臭氧和揮發(fā)性有機(jī)物的趨勢(shì)

4 結(jié)論

根據(jù)吳涇工業(yè)區(qū)的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，人們可以看出大氣中的揮發(fā)性有機(jī)物對(duì)環(huán)境空氣的影響，揮發(fā)性有機(jī)物的濃度越高，空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)指標(biāo)物質(zhì)含量也會(huì)越高，空氣質(zhì)量也就越差，兩者存在緊密的聯(lián)系。吳涇工業(yè)區(qū)揮發(fā)性有機(jī)物主要為烷烴類物質(zhì)，其中丙烷占比最大，同時(shí)苯和甲苯的比值大于0.5，說(shuō)明汽車尾氣的排放量是空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的主要來(lái)源，而揮發(fā)性有機(jī)物會(huì)對(duì)大氣造成相當(dāng)?shù)奈廴?。所以，人們?yīng)該盡量減少私家車的出行，而選擇公共交通。另外，工業(yè)工區(qū)的燃料和溶劑的揮發(fā)也應(yīng)該嚴(yán)格和安全地進(jìn)行管理，化工廠應(yīng)使用高標(biāo)準(zhǔn)的凈化設(shè)備，以控制廢氣的排放。